迪肯大学杨文荣团队Acc. Chem. Res.：基于软纳米构建技术为基础的手性生物传感

【引言】

手性是分子的基本属性之一，手性分子与其镜像不能互相重合。对分子手性的基础研究包括分析检测将会极大促进化学、生物学、药理学和生物技术等各个领域的发展。尤其手性在蛋白质、DNA结构以及药物分子的设计、合成和纯化中起着重要的作用。由于手性分子及其对映体具有相同的分子式及相同的化学键和键距，因此客观上难以区分及定量检测。大多数新药和正在开发的药物都具有手性特征，因此，发展快速、简便的手性分子检测与鉴别方法刻不容缓。虽然近年来在手性分子的检测方面取得了很多的进展，但由于传统检测技术的局限性，实现手性分子高灵敏度、高选择性的检测仍然是一个巨大的挑战。软纳米构建技术是作为一种纳米科技在系统性及整体性上的拓展， 其通过原子/分子水平的操作、化学反应、自组装技术等多种作用的整合以及其受外界场/刺激来调控构建其整合的功能，为手性生物传感技术的发展提供了新一的传感策略。

【成果简介】

近日，澳大利亚迪肯大学杨文荣教授团队与日本国家材料科学研究所、东京大学Katsuhiko Ariga教授，青岛科技大学周宏教授合作撰写该论文，旨在简要讨论软纳米结构在手性生物选择性传感的应用前景，着眼于用于手性传感的软纳米结构的基本原理和机制，讨论该领域的新突破和趋势，展望新的手性分子传感策略。该成果以题为“Soft Nanoarchitectonics for Enantioselective Biosensing”发表在了Acc. Chem. Res.上。

【图文导读】

图1 软纳米构建技术概念

软纳米结构概念的概要，协调各种相互作用和机制，包括不可控因素。

图2 还原氧化石墨烯（CRGO）表面上酶纳米建筑结构

图3 用于原位miR-21成像的DNAzyme基DNA纳米机器的结构示意图

图4 超分子的合成示意图

(A) Au NCs/-[_D-Cys-Au(I)]_n-和(B) Au NCs/-[_L-Cys-Au(I)]_n-超分子合成及LDI-MS分析检测手性肉毒碱示意图

图5半胱氨酸修饰电极上Cu²⁺手性识别肉碱分子

图6 晶体管传感设备检测气体绑定蛋白与手性分子相互作用

图7 L-半胱氨酸功能化核心-卫星GNP网络生物传感器示意图

【小结】

基于软纳米构建技术的手性生物传感器的成功构建证明其具有设计策略灵活和功能元件组装可控的显著优势。本文简要综述了近年来在软纳米构建技术在手性生物传感器方面的研究进展，它们为实现手性分子高灵敏度、高选择性的分析检测提供研究及发展的平台。

【展望】

虽然基于软纳米构建技术的生物传感器的研究已经取得了很多进展，但人们仍期待着进一步来扩展。首先，随着对手性相互作用的基本认识，对映体与探测分子之间的手性相互作用很大程度上依赖于对环境极为敏感的特定空间结构。其次，酶和DNA结构的应用是设计基于软纳米结构的对映体选择性检测传感接口的有力工具。具有L或D构型的酶只能催化底物与相应的手性底物的反应，为手性识别提供了一种有效的方法。纳米结构-酶界面的高分辨率映射和酶基结构的基础表面化学的全面理解将是酶基手性生物传感器设计的关键。稳健的酶基纳米结构在保持酶活性的同时，使酶可以多次使用，并能很容易地从生物识别信号转换中恢复，在生物传感中具有重要的应用。在活性水平和选择性方面，酶的功能可以改变，在这一领域成功开发的主要研究挑战是设计和合成下一代纳米材料的能力，这种材料将以可预测的方式与酶相互作用，从而实现对生物传感功能的控制。第三，两个对映体与结合位点（手性中心）成键构象不同，导致对映体的选择性检测。因此，手性选择子内结合位点的数量（单个或多个）以及这些结合位点与对映体的相互作用是影响对映体选择性检测灵敏度和选择性的重要因素。可以探索更多的手性识别和相互作用系统。此外，氨基酸在多肽中的手性反转可以对特异性结合和非特异性膜相互作用产生显著影响，这也为手性生物传感和药物开发应用提供了良好的策略。随着手性相互作用机制的逐步挖掘和软纳米结构的最新进展，有望在不久的将来开发出具有优异选择性和高灵敏度的新型纳米传感系统。

文献链接：Soft Nanoarchitectonics for Enantioselective Biosensing（Acc. Chem. Res.， 2020，DOI:10.1021/acs.accounts.9b00612）

本文由木文韬翻译。

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